基于單片機和Modbus協議的停車器控制系統

摘要：針對列車停車器的控制情況，文章設計出了一種基于單片機和Modbus協議的停車器控制系統。對現有的轉轍機控制系統進行改進，通過Modbus協議，實現了一臺主機對多臺從機的遠程控制和監督，并且可以方便地并入主系統。可以有效地提高系統安全性、操作的方便性和控制效率。
關鍵詞：停車器；控制系統；單片機；Modbus

道岔是一種常見的鐵路配件，在鐵路的正常運行中，起著至關重要的作用。作為道岔控制系統的執行機構，轉轍機(switch machine)是組成鐵路道岔系統的重要零件。在編組站中，為了減少中間環節，列車停車器借用轉轍機控制系統。編組站上的列車停車器控制系統的可靠性、安全性和操作的方便性對于提高鐵路系統的安全性和效率、降低人力成本具有重要意義。為了配合控制和監督集中化的趨勢，應該采用集控式控制，并且通過協議實現和計算機的單主機多從機系統，最終并入主系統。Modbus是一種開放的、免費的通訊協議，具有數據的安全性、物理媒介的廣泛適用性和網絡互連的多樣性等優勢。因此，我們自行設計了一種居于單片機和Modbus協議的雙機通信控制系統。采用主從模式，實現一臺主機遠程監視和控制多臺從機。
本文重點介紹了C8051通過Modbus協議與PC機進行串口通信以及單片機數據采集的硬件電路和軟件編程，且應用了基于Modbus協議的報文結構，可以更有效地通信。

1 系統結構及工作原理
系統的總體結構由兩層組成：上層為數據監控層，稱為主機，由顯示終端PC機組成，用于控制和顯示現場控制情況；下層為數據采集層，稱為從機，由實現Modbus協議的單片機(Modbus協議模塊)、實現控制的單片機(現場主控制模塊)、輸入輸出模塊、LCD、傳感器、電源模塊、復位模塊和接口電路組成；Modbus協議不需要特別的接口，典型的物理接口是RS-485，而RS-485為半雙工結構，現場中比全雙工往往更接近于實用，在此采用只有2條信號線的簡易型連接。因此兩層之間通過RS232-485相連，在標準的Modbus協議下進行通信，如圖1所示。

上下層的通信方式為主從方式。首先，主機廣播請求幀，而每個從機都有自己獨立的地址，并且請求幀的首部是從地址，所有從機將請求幀的首部和白己的地址對比。如果相同，則自己是目的從機，并且向主機發送以自己地址開頭的應答幀；否則不是。
由于裝置需要實現多任務。為了優化系統功能，采用了雙單片機的系統結構設計方法。其中一個單片機模塊負責實時采集現場信息和控制現場系統；另一個單片機模塊負責數據處理并做相應的封裝，通過Modbus協議和PC機通信，如圖2所示。